传感器、用于制造传感器的方法和用于安装传感器的方法与流程

本发明涉及一种传感器、一种用于制造第一传感器和至少一个第二传感器的方法、以及一种用于将传感器安装在载体结构上的方法。

背景技术：
磁场传感器如今与加速度传感器和转速传感器组合在壳体中并且用于导航目的。在此，x轴和y轴上的磁场分量借助于磁通门传感器来测量，而z分量利用霍尔IC来确定。DE102009028815A1描述了一种具有衬底和磁芯的磁力计。该衬底具有用于生成磁芯中的磁通量的激励线圈，并且激励线圈具有被定向为与衬底的主延伸平面基本垂直的线圈截面。

技术实现要素：
在该背景下，利用本发明提出根据主权利要求的一种传感器、一种用于制造第一传感器和至少一个第二传感器的方法、以及一种用于将传感器安装在载体结构上的方法。有利的扩展方案从相应的从属权利要求以及下面的描述中得出。在根据磁通门/翻转芯（Flipcore）原理的磁场传感器、例如磁通门探头中，将软磁芯交替地周期性地以饱和驱动。在此，所述芯被两个反向线圈缠绕。如果在一个（激励）线圈中例如有锯齿状交变电流流动，则该交变电流在另一（接收）线圈中的磁化翻转时通过共同的软磁线圈芯中继地同样感应出电流。激励电压和接收电压在不存在外部场时为同样大的，并且由于反向的绕线而抵消。如果现在施加外部磁场，则芯方向上的矢量分量在接收线圈中生成结果得到的信号，该信号与所施加的场成比例。利用该原理，可以测量非常小的磁场。在液体与气体的交界面处产生界面张力，该界面张力导致液体具有尽可能小的表面。例如，一滴水呈现尽可能小的球形构造，因为水体积的表面最小。如果液体到达表面，则液体在该表面上的液滴界限处具有特征接触角。该接触角取决于表面与液体的材料配对。如果表面针对液体具有良好的可交联性，则接触角小于90°。如果表面针对液体具有差的可交联性，则接触角大于90°。本发明所基于的认识是，例如熔融焊剂的液体的界面张力在该液体在液体的液滴被布置在其间的两个面处具有小的接触角和/或可交联性的情况下可以拉紧所述两个面。在此出现的力可以大的足以转动组件。液体可以是用于将组件安装在载体材料上的安装材料。组件尤其是可被液体转动到倾斜的侧，即使该组件已经被放置到水平的面上。本发明提出一种传感器，其中该传感器具有下列特征：传感器面，在其上布置传感器元件，该传感器元件被构造为接收有向（gerichtet）测量参数的方向分量；以及倾斜面，在其上布置至少一个用于接触传感器元件的接触面，其中该倾斜面与传感器的载体材料的晶格结构具有一角度并且其中该倾斜面被定向在与传感器面不同的方向上。另外，本发明提出一种用于制造第一传感器和至少一个第二传感器的方法，其中该方法包括下列步骤：提供由晶体载体材料制成的晶片，其中在该晶片的传感器面上布置第一传感器元件和至少一个第二传感器元件；确定晶片的传感器面上的加工面，其中该加工面布置在第一传感器元件与第二传感器元件之间并且将要制造的传感器元件彼此分离；在加工面的区域中除去晶片的一部分，以便制造第一倾斜面和相对的第二倾斜面，其中所述除去在使用各向异性的刻蚀工艺的情况下执行，在该各向异性的刻蚀工艺中，在与载体材料的晶格角度成预定角度的情况下除去该载体材料，以便制造倾斜面；将至少一个用于接触第一传感器元件的第一接触面置入到第一倾斜面中并且将至少一个用于接触第二传感器元件的第二接触面置入到第二倾斜面中；以及分离第一倾斜面与第二倾斜面之间的传感器，以便分开所述传感器。此外，本发明提出一种用于将传感器安装在载体结构上的方法，其中传感器具有传感器面，在该传感器面上布置传感器元件，该传感器元件被构造为接收有向测量参数的方向分量，并且该传感器具有倾斜面，在该倾斜面上布置至少一个用于接触传感器元件的接触面，其中倾斜面与传感器的载体材料的晶格结构具有一角度并且其中该倾斜面被定向在与该传感器面不同的方向上，其中该方法包括下列步骤：将传感器放置在载体结构上，其中传感器的倾斜面在安装面上与载体结构的表面成锐角，并且其中倾斜面和/或安装面的至少一个部分区域被安装材料覆盖。使布置在安装面上的安装材料液化，以便在使用液化的安装材料的界面张力的情况下通过倾斜传感器将倾斜面布置到安装面上的边之上；以及使安装材料硬化，以便将传感器与载体结构连接。应将传感器理解成半导体器件和/或微电机结构。该传感器可以被构造为将可测量的物理参数映射为电信号。可测量的参数可以具有空间方向。该传感器可以被构造为接收该参数在空间方向上的矢量分量。例如，该传感器可以被构造为接收磁场的分量。为此，该传感器可以具有传感器元件、例如可磁化的芯，其布置在两个相反线圈的影响区域中。线圈的作用方向可以确定该矢量分量的方向。该传感器元件可以借助于微系统技术置入到由载体材料制成的板中、晶片中。晶片例如可以由半导体材料制成。晶片例如可以由单晶硅制成。所需的工作步骤可以从晶片的上侧和/或下侧进行。可以将传感器面理解成晶片的在上面和/或里面布置有传感器元件的面。倾斜面可以与载体材料的晶体结构具有预定的角度。倾斜面的走向或定向可以布置在载体材料的晶体平面中或者对应于该晶体平面。倾斜面可以与传感器面具有预定的角度，其中倾斜面被有利地定向为相对于传感器面倾斜。接触面可以是导电结构。例如，接触面例如可以是载体材料上的在其上可接触传感器元件的金属面。该接触例如可以通过接合线进行或者也可以通过载体结构上的焊盘进行。加工面例如可以借助于例如由氮化硅制成的掩模来固定。所述除去可以借助于溶剂或各向异性地侵蚀载体材料的刻蚀剂进行。刻蚀剂例如可以是氢氧化钾KOH。该溶剂或该刻蚀剂可以对载体材料进行腐蚀直至所定义的晶体平面，所述晶体平面与晶片的晶体结构具有一定的角度。为了将接触面置于倾斜面中，可以对倾斜面重新遮盖。倾斜面可以在接触面之下具有绝缘层。该绝缘层可以在遮盖以前施加。为了分离传感器，可以锯开晶片。该晶片也可以借助于激光束切割来分离。安装地点（亦称安装面）可以是载体结构上的为传感器设置的地点或为其设置的面。载体结构例如可以是壳体的壁或电路板。安装地点例如可以是焊盘或粘接剂盘。例如，焊剂可以作为焊膏来施加，并且在热作用下变为熔融。绝缘层可以对焊剂为排斥性的。接触面可以同焊剂良好地交联。界面张力可以是表面张力，该表面张力可以出现在两个不可混合的介质之间并且表现了介质的要形成尽可能小的共同表面的愿望。液化的安装材料可以对接触面施加拉力并且使传感器转动。如果安装材料冷却，则传感器可在经转动的位置与载体结构连接。传感器还可以具有基体，该基体具有用于将传感器以第一空间方向固定在载体结构处的第一固定面、以及至少一个用于将传感器以第二空间方向固定在载体结构处的第二固定面，其中第一固定面被定向为与第二固定面成一角度，其中第一固定面和第二固定面具有共同的边。传感器可以具有传感器元件，该传感器元件布置在第一固定面处或者传感器的与第一固定面相对地布置的表面处，其中传感器被构造为接收有向测量参数的方向分量。传感器可以具有至少一个第一接触面，该第一接触面布置在该表面或第一固定面上并且与传感器元件连接。传感器可以具有至少一个第二接触面，该第二接触面布置在第二固定面上或传感器的与第二固定面相对地布置的斜面上并且与第一接触面导电地连接。第二接触面可以大于第一接触面。传感器面和倾斜面可以具有共同的边。传感器可以在安装时通过共同的边倾斜。共同的边可以设置在安装地点内。在传感器面上可以布置至少一个另外的接触面，其中所述另外的接触面可以比倾斜侧上的接触面具有更小的尺寸。液化的安装材料可以对较大面施加较大的力，因此可以使传感器在安装材料液化时倾斜。加工面可以在使用所期望的加工深度和一定角度之间的关联的情况下被确定。加工深度尤其是可以近似为加工面的宽度的一半大。因此，晶片可以几乎完全被切断，由此在分离步骤中需要切断较小的层厚度。在确定步骤中，可以确定晶片的与传感器面相对的下侧上的第二加工面。在除去步骤中，可以在使用各向异性的刻蚀工艺的情况下除去第二加工面区域中的载体材料，以便制造另外的倾斜面。另外的倾斜面可以事后置入晶片中。通过所述另外的倾斜面可以对称地制造传感器。下侧上的第二加工面可以被确定为与传感器面上的加工面成预定的侧面偏移。该传感器因此可以具有类似于平行四边形的截面。传感器的重心于是可以处于倾斜边附近。载体材料可以对于安装材料是排斥性的。在液化步骤中，液化的安装材料可以与载体材料排斥。安装材料可以粘附在接触面处。通过粘附在接触面处而不是载体材料处，可以实现各个接触面的彼此绝缘。因此可以避免短路。传感器可以被放置为与至少两个安装面偏离，其中安装面被构造为载体结构的接触面以用于电接触传感器，并且在硬化步骤中，将传感器的布置在倾斜面上的接触面与载体结构的接触面导电地连接。因此，可以制造到传感器的多个电连接。例如可以为磁场传感器创建至少四个电接触部。附图说明下面根据附图示例性地进一步阐述本发明。图1示出了根据本发明的实施例的传感器的片段；图2示出了根据本发明的实施例的用于制造传感器的方法的流程图；图3示出了根据本发明的实施例的用于安装传感器的方法的流程图；图4a至4d示出了根据本发明的实施例的在实施用于制造传感器的工艺步骤以后的部件的布置的图示；图5a至5c示出了根据本发明的实施例的在实施传感器的安装步骤以后的部件的布置的图示；以及图6a和6b示出了根据本发明的实施例的在实施传感器的可替代的安装步骤以后的部件的布置的图示。具体实施方式在下面对本发明优选实施例的描述中，对于在不同附图中所示的和作用相同的元件使用相同或相似的附图标记，其中放弃对这些元件的重复描述。图1示出了根据本发明的实施例的传感器100的片段。传感器100具有传感器面102和倾斜面104。倾斜面104与传感器100的载体材料的晶格结构具有一角度。例如，该角度对应于“111平面”与“001平面”之间的晶体角。在传感器面102上布置传感器元件106，该传感器元件被构造为接收有向测量参数的方向分量。例如，传感器元件106是磁场传感器，其被构造为接收周围磁场的与其测量方向相对应的磁场分量。在倾斜面104上布置至少一个接触面108以用于接触传感器元件106。接触面108通过电印制导线110与传感器元件106连接。如果在倾斜面104上存在多个接触面108，则传感器元件106通过多个印制导线110与接触面108连接。换言之，图1示出了器件100，其特征在于，所有接触面108都设置在与第一表面102倾斜地布置的同一侧边104上。在第一表面102上集成有电路或MEMS元件106。MEMS元件106可以是磁力计。接触面108布置在具有最大伸展的边处。接触面108在第一表面102上与在与其倾斜布置的侧104上相比具有更小的伸展。该器件可以借助于接触面108倾斜地布置在壳体底板（例如电路板）上，其中尤其是利用墓碑效应来倾斜。图2示出了根据本发明的实施例的用于制造传感器的方法200的流程图。在方法200中如图1所述那样制造至少一个第一传感器和至少一个第二传感器。方法200具有提供步骤202、确定步骤204、除去步骤206、置入步骤208和分离步骤210。在提供步骤202，提供由晶体载体材料制成的晶片。在晶片的传感器面上布置第一传感器元件和至少一个第二传感器元件。所述传感器元件在以前的加工步骤中已经被置入到晶片的传感器面中。在确定步骤204，确定晶片的传感器面上的加工面。加工面布置在第一传感器元件与第二传感器元件之间。加工面将要制造的传感器元件彼此分离。在加工面中，晶片的载体材料露出。在加工面之外，包括传感器元件的晶片被刻蚀掩模覆盖并且因此被保护。在除去步骤206，除去晶片在加工面区域中的部分，以便制造第一倾斜面和相对的第二倾斜面。在此，第一和第二倾斜面可以与载体材料的表面形成不同角度。第一倾斜面布置在第一传感器的区域中，第二倾斜面布置在第二传感器的区域中。所述除去在使用各向异性的刻蚀工艺的情况下执行。在各向异性的刻蚀工艺中，载体材料与载体材料的晶格角度成一定角度地被除去，以便制造倾斜面。在置入步骤208，将至少一个用于接触第一传感器元件的第一接触面置入第一倾斜面中。同时可以有利地将用于接触第二传感器元件的第二接触面置入第二倾斜面中。该置入可以在使用公知制造工艺——比如分离、蒸发、电镀、钝化...——的情况下执行。接触面分别与传感器元件之一电连接。在分离步骤210，分离第一倾斜面与第二倾斜面之间的传感器，以便将传感器分开。该分离可以在使用公知工艺——比如锯开、刻蚀、激光切割...——的情况下执行。图3示出了根据本发明的实施例的用于安装传感器的方法300的流程图。在此，传感器对应于图1中所述的传感器并且可以根据图2中所述的用于制造的方法来制造。该传感器具有传感器面，在该传感器面上布置传感器元件，该传感器元件被构造为接收有向测量参数的方向分量。该传感器还具有倾斜面，在该倾斜面上布置制至少一个用于接触该传感器元件的接触面。该倾斜面与该传感器的载体材料的晶格结构具有一角度，其中该倾斜面被定向在与该传感器面不同的方向上。该传感器可以例如在带子上作为分开的器件被输送给装配自动机。方法300具有放置步骤302、液化步骤304和硬化步骤306。在放置步骤302，将传感器放置在载体结构上，其中该传感器的倾斜面在安装面上与载体结构的表面成锐角，并且其中倾斜面和/或安装面的至少一个部分区域被安装材料覆盖。传感器的传感器面因此在放置以后被定向为近似地与载体结构的表面平行。在液化步骤304，使布置在安装面上的安装材料液化。例如，安装材料被加热直到其熔化。倾斜面在使用液化的安装材料的界面张力的情况下被拖拉到安装面上。在此，传感器在一条边上倾斜。在硬化步骤306，使安装材料硬化，以便传感器与载体结构连接。例如将安装材料冷却。换言之，图3示出了用于使器件有针对性地倾斜所定义的角度以及在倾斜的芯片边处接触传感器芯片的方法300。在此，传感器元件被旋转大致55°，使得敏感层在侧面倾斜。因此，可以利用仅仅两个磁通门来测量磁场的xz或yz分量而无需霍尔元件。图4a至4d示出了根据本发明实施例的在实施用于制造传感器100的工艺步骤以后的部件的装置的图示。示出了各具有一个传感器元件106的4个传感器100a至100d的产生步骤。在图4a中示出了晶片400，在该晶片400的一个表面上代表多个也可以扁平地分布在晶片400上的传感器元件106地并排布置有四个传感器元件106a、106b、106c和106d。传感器元件106在传感器元件106a与传感器元件106b之间具有大的间隔。在传感器元件106b与传感器元件106c之间存在小的间隔。在传感器元件106c与传感器元件106d之间如在传感器元件106a和106b之间那样再次存在大的间隔。在晶片400的下侧未布置传感器元件。晶片400由晶体载体材料、例如单晶硅制成。该大间隔例如对应于晶片400的厚度。在图4b中示出了如在图2中所述的除去步骤以后的晶片400。在除去以前，晶片400已经被遮盖。例如由氮化硅402制成的刻蚀掩模覆盖传感器元件106。在此，刻蚀掩模402可以在传感器元件106a与传感器元件106b之间露出加工面404a。传感器元件406b和406c在没有位于其间的加工面的情况下共同被刻蚀掩模402覆盖。在传感器元件406c与传感器元件406d之间又布置有加工面406b。加工面404是同样大的。在晶片400的下侧同样涂覆有刻蚀掩模402。下面的刻蚀掩模402空出了另一加工面404c，该加工面404c居中地布置在传感器元件106b与传感器元件406c之间。刻蚀掩模402在下侧的面可以对应于在上侧的面。在传感器元件106a和106b之下同样各布置有一个加工面。在加工面404的区域中已经从晶片400中刻蚀出载体材料。由于使用了各向异性的刻蚀工艺，因此侧边在加工面404的区域中与载体材料的晶体结构具有预定的角度。通过刻蚀产生倾斜面。该刻蚀一直向晶片400侵入，直到这些倾斜面直接相遇。晶片400由此具有有棱边的、波浪形剖面。在图4c中，除去了刻蚀掩模。在图2所述的置入步骤，已经将接触面108置入到晶片400的传感器面中和/或传感器面上以及置入到倾斜面中和/或倾斜面上。在此，接触面108分别从传感器面上的传感器106b延伸至具有倾斜面的边并且进一步延伸至倾斜面上。在图4d中示出了在分离以后的传感器100a至100d。晶片400为此已经在下侧被粘接在带子406上。传感器100a至100d在该实施例已经被锯开为分离。锯截面为此具有均匀的间隔，并且到达直至带子406中。锯截面布置在晶片400两侧的倾斜面之间，并且在所产生的刻蚀缺口的方向上居中地沿着来自图4b的加工面的走向延伸。传感器现在具有拥有折断的边的平行四边形的基本形状。在此，折断的边是在分离时产生的锯边。传感器100b和100d被定向为与传感器100a和100c形成镜像。换言之，图4a至4d示出了在实施将V形凹槽置入到衬底中的了制造方法的步骤以后的部件的布置。接着，将绝缘层置入到凹槽中。然后，安放电导线，所述电导线部分地在第一表面上、即传感器面上延伸，以及在凹槽壁、即倾斜面的区域中延伸。该制造工艺可以以施加磁场传感器106（磁通门，FG）开始。在此，可以首先为磁通门施加绝缘层（例如氧化物）。接着，可以施加磁通门的下面的金属平面。接着，可以为磁通门施加另一绝缘层（例如氧化物）。然后可以施加磁通门的磁芯。可选地然后可以为磁通门施加附加的绝缘层（例如氧化物）。在刻蚀以前施加和结构化用于KOH刻蚀的掩模402（例如SiN）。接着，如图4b中所示，可以在前侧进行KOH刻蚀。可选地可以同时在背侧进行刻蚀。在此，选择小于晶片厚度的刻蚀深度。在刻蚀以后可以除去KOH刻蚀掩模402。接着在载体材料400上沉积（例如利用PECVD）绝缘氧化物。打开用于第二金属平面（磁通门＋接触垫）的接触孔，以便实现接触。然后施加第二金属平面并且例如借助于喷漆工艺将其结构化。可选地施加钝化层、例如氮化物层。通过另一喷漆工艺和进一步刻蚀钝化部打开接触垫108（参见图4c）。通过锯开或激光束切割将传感器100分开，这也可以利用朝向带子406的活动结构来进行（参见图4d）。图5a至5c示出了根据本发明的实施例的在实施传感器100的安装步骤以后的部件的布置的图示。传感器100具有基体，该基体具有平行四边形形式的截面。该平行四边形的两个彼此相对的锐角具有刻面。传感器100在传感器面102上具有传感器元件106。在该实施例中，传感器元件106是翻转芯元件。在倾斜面104上，传感器100具有接触面108。接触面108与传感器元件106连接，并且具有在传感器面102上的延续。基体是对称的，并且具有居中的重心S。重心S位于平行四边形的短轴和长轴的交叉处。传感器面102和倾斜面104具有共同的弯折线。在该实施例中，传感器面102朝下定向，倾斜面104在弯折线处与传感器面102具有大致55°的角度。在图5a中，描绘了紧接在从带子406拿起传感器100以后的传感器100。传感器100曾以传感器面102布置在带子406上。传感器面102定向为与带子406平行。在图5b中示出了传感器100，其已经被放置在作为载体结构的电路板500上。传感器100利用传感器面102被定向到电路板500。倾斜面104通过作为安装面的焊盘502布置在电路板500上。在焊盘502上施加焊膏作为安装助剂。焊膏伸出一短段直到传感器面102，以便在放置以后通过粘附来保持传感器100，使得传感器100不滑动。弯折线为此被压入到焊膏中。在图5c中，示出在焊盘502上的安装助剂液化以后的传感器100。液化的焊剂与接触面108良好地交联，由此焊剂通过倾斜定向的接触面108处的毛细效应将倾斜面104向上移动。在此，焊剂通过其界面张力向倾斜面104施加拉力。如果拉力足够大，则传感器100通过弯折线被倾斜，并且由此处于倾斜面上。传感器面102现在被定向为倾斜于电路板500。换言之，图5a至5c示出了在实施了安装方法的步骤以后的部件的布置，在所述安装方法中，将器件100以斜切的表面104与焊剂表面502不对称地施加在衬底500上，使得在第一表面102上的接触面与焊盘502之间仅仅存在相对较小的重叠。在此，制造和安装方法是自调节的，因为倾斜角本身由于各向异性的KOH刻蚀工艺产生，或到倾斜面104上的倾斜通过墓碑效应进行。以前侧指向下的传感器元件100被从带子406取下（参见图5a）并且被放置在已经在客体底板500处所分配的焊膏上（参见图5b）。器件100的重心S有利地非常近地在弯折线495的上方，这减轻了墓碑效应已经由此通过弯折线495的倾斜。在再流焊中，焊剂熔化，焊剂的表面张力在此向器件100施加转矩，因为该器件仅在一边495被固定。传感器元件100因此朝向倾斜侧104倾斜（参见图5c）。因此，现在可以测量磁场的xz或yz分量。在此提出的安装方法的特别优点是该工艺以自调节的方式进行。短路危险可以通过在上面将焊剂施加在载体衬底500上的短印制导线502和比印制导线长的接合垫区域108来避免。由此，传感器元件100位于中心，并且所形成的弯月面将焊剂拉离芯片表面。KOH边沿104通过金属化部之下的氧化物或氮化物层被隔离，使得焊剂不能粘附在Si表面处。由此，焊剂不能到达锯面。图6a和6b示出了根据本发明的实施例的传感器100的可替代的安装步骤的图示。传感器100对应于可根据参考图5描述的安装方法制造的传感器。在图5a中如在图6a中那样示出了如何从带子406取走传感器100。与图5不同，传感器面102与传感器元件106一起被定向为远离带子406。倾斜面104与接触面108一起同样被定向为远离带子406。在图6b中，传感器100如在图5c中那样被示出为固定在板500上。与在图5c中的固定不同，传感器100在安放以前在空气中被转动大致55°，使得与倾斜面104相对的平行面被定向到板500。传感器面102由此被倾斜地定向。接着，传感器100被放下到粘接垫600上。倾斜面104与接触面108一起现在指向上。在接触面108之一上为了图解说明接合线602被示为接合上的。换言之，在图6a和6b中，传感器元件100被从带子406摘下，接着被倾斜大致55°并且放置在已经被分配在壳体底板500处的粘接剂上。传感器元件100现在为倾斜的，由此可以测量磁场的xz或yz分量。但是接合垫108处于芯片100的与壳体底板平行的上侧（KOH边沿104）上。特别的优点是，垫108譬如处于粘接面600的中心上，使得线接合特别良好地起作用（粘接剂中无拉力）。所描述和附图中所示的实施例仅仅是示例性地选择的。不同的实施例可以完全或参考各个特征彼此组合。一个实施例也可以由另一实施例的特征来补充。另外，根据本发明的方法步骤可以重复地实施或以与所述顺序不同的顺序实施。如果实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”连词，则应将这理解为，该实施例根据一个实施方式可以具有第一特征和第二特征，并且根据另一实施例要么仅具有第一特征、要么仅具有第二特征。